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三強分享：金剛石鉆頭的結(jié)構(gòu)及材料
2022-05-08 11:16:37
1、總體結(jié)構(gòu)
金剛石材料鉆頭屬一體式鉆頭，整個鉆頭無活動部件，主要有鉆頭體，冠部，水力結(jié)構(gòu)（包括水眼或噴嘴、水槽亦稱流道，排屑槽），保徑、切削刃（齒）五部分。金剛石鉆頭的冠部是鉆頭切削巖石的工作部分，其表面（工作面）鑲裝有金剛石材料切削齒，并布置有水力結(jié)構(gòu)，其側(cè)面為保徑部分（鑲裝保徑齒）它和鉆頭體相連，由碳化鎢胎體或鋼質(zhì)材料制成。鉆頭體是鋼質(zhì)材料體，上部是絲扣和鉆柱相連接，其下部與冠部胎體連結(jié)在一起（鋼質(zhì)的冠部則與鉆頭體成為一個整體）。
金剛石材料鉆頭的水力結(jié)構(gòu)分為兩類。一類用于天然金剛石鉆頭和TSP鉆頭，這類鉆頭的鉆井液從中心水孔流出，經(jīng)鉆頭表面水槽分散到鉆頭工作面各處冷卻、清洗、潤滑切削齒，最后攜帶巖屑從側(cè)面水槽及排屑槽流入環(huán)形空間。另一類用于PDC鉆頭，這類鉆頭的鉆井液從水眼中流出，經(jīng)過各種分流元件分散到鉆頭工作面各處冷卻、清洗、潤滑切削齒。PDC鉆頭的水眼位置和數(shù)量根據(jù)鉆頭結(jié)構(gòu)而定。
金剛石材料的保徑部分在鉆進時起到扶正鉆頭、保證井徑不致縮小的作用，采用在鉆頭側(cè)面鑲裝金剛石的方法達到保徑目的。
2、金剛石鉆頭的切削齒材料
金剛石鉆頭切削齒材料分為天然金剛石和人造金剛石兩大類。金剛石為碳的結(jié)晶體，晶體結(jié)構(gòu)為正四面體，碳原子之間以共價鍵相連，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，典型的品形有立方體、八面體和十二面體等。
金剛石是人類目前所知材料中最硬、抗壓強度最強、抗磨損能力最高的材料，因此它是作為鉆頭切削刃最理想的材料。
但是，金剛石作為鉆頭切削刃材料也存在較大的弱點。第一，它的脆性較大，遇到?jīng)_擊載荷會引起破裂。第二，它的熱穩(wěn)定性較差，在高溫下金剛石燃燒變?yōu)槎趸己鸵谎趸迹ㄌ蓟诳諝庵屑s在455～860℃之間，金剛石就要出現(xiàn)石墨化燃燒；在惰性或還原性氣體中不會氧化，但在約1430℃時，金剛石晶體會突然爆裂而變成石墨。因此金剛石鉆頭的設(shè)計、制造和使用中須避免金剛石材料經(jīng)受高的沖擊載荷并保證金剛石切削齒的及時冷卻。
燒結(jié)、低溫電鍍金剛石取芯鉆頭
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